放射線治療用リニアックの現状と将来
田中,A)

良明 1川上睦美A)、齋藤、中村勉A)

道子、藤井A)、河守元彰A)次郎、B)A)

日本大学医学部放射線医学教室〒173-8610 東京都板橋区大谷口上町330-1
B)

聖路加国際病院放射線科〒104-8560 東京都中央区明石町9-1

概要
最近の医療用リニアックは、性能的には従来に比べて安定してきているものの、デジタル技術の導入により、リニアック本体ならびに周辺機器類を制御するシステム機構の信頼性が求められるようになってきた。病巣部に的確に照射する方法として、原体照射、三次元治療計画、定位的放射線
治 療 、 強 度 変 調 放 射 線 治 療 （ IMRT）、サイバーナイフなどの照射技術、治療機器が開発され臨床応用されるようになってきたが、これらを日常ルチーンに適用するには、治療計画装置を含めた治療機器全体のシステムとしての品質保証と、高い精度管理が求められている。
対象となる癌病巣は、さまざまな進展様式を呈しており、それぞれの患者さんに適した方法で放射線治療を行うには、ハード的にもソフト的にも使い勝手のやさしい、小回りが利く、柔軟性のある装置が望ましい。治療を受ける患者さんが装置に合わせるというのではなく、患者さん側に装置を適合させるという理念を有する治療機器が求められている。

２．治療用リニアックの現状
外部照射用の放射線治療機器の変遷は、深部治療 用 の 250kVp 前後のＸ線照射装置からはじまり、60
Co の テ レ コ バ ル ト 治 療 装 置 か ら 、 最 近 の 4〜
15MV前 後 の 超 高 圧 放 射 線 治 療 装 置 に 至 る ま で 、ハード的な面では著しく進歩した。この間に、病巣部に対してはより高線量を照射し、周囲の正常組織にはできる限り線量を減らす方法として、さまざまな工夫が取り入れられてきた。その代表的な例が、回転照射機構を有する治療用ガントリーの開発、治療計画用コンピュータシステムの導入、マルチリーフコリメータの装填、原体照射および定位的照射技術の開発導入などである。

2.1 治療用リニアックに具備すべき条件

放射線治療器としてのリニアックに求められる条件の第一は、何と言っても信頼性の高い高出力のビームが得られることである。具体的には、物理的にみて安定したエネルギーのＸ線と電子線が得られ、かつ両者の切り替えが容易であること、加速管内のビーム輸送系やターゲットの構造、スキャッタリングフォイルの種類などが，治療の用１．はじめに途に合致して適当に整備されており、さらに照射最近の医療環境の変化は目まぐるしく、その中野内のビーム強度の平坦度が優れていることなど
で も CT、 MRIをはじめとする画像診断機器の技術も、重要な条件である。
的進歩には目覚しいものがある。画像のデジタル医療機器である以上、装置全体に対して高い安化が進み、三次元再構成像などが日常ルチーンに定性、再現性が求められるのは当然である。この得られるようになった。これらの画像診断技術の点に関しては、以前はユーザー側にとって、必ず発達とあいまって、放射線治療の分野においてもしも満足のいく状況ではなかった。加速管のトラ治療機器ならびにその周辺機器類の技術的改良がブ ル や、制御機構の不具合などで、治療患者さん進み、照射計画から治療の実際まで、従来よりもに迷惑をかけたことが少なくなかったのである。
緻密で精細な内容を有するものとなってきている。 さらに、最近では治療装置本体にいろいろな周辺こういった高精度の放射線治療技術の適用により､ 機器類が装備されるようになり、しかもこれらが従来の方法に比べて、腫瘍病巣の進展範囲に近似一体となってシステム化されているので、小さなした形状の線量分布が得られるようになり、局所トラブルであっても治療装置全体の不具合につな制御の向上と障害発生の軽減化への期待が一段とがるものである。
進んできた。より理想に近い放射線治療が可能となってきた現状を踏まえ、最近の医療用リニアッ
2.2 リニアックの制御機構
クの現状と将来への展望について触れてみたい。
最近の医療機器の制御は、大部分がデジタル方式で行われており、リニアック装置も例外でない。
1E-mail: ysaktnk@med.nihon-u.ac.jp

問題は、例えば制御装置の表示部はデジタル表示されているが、装置本体の可動部はアナログ方式
で あ る と こ ろ に あ る 。 両 者 を つなぐには、A-D変換装置が不可欠であるが、これらの変換器と検出器の精度が良くないと、表示部で示されている角度数値などが、実際の装置の位置角度とがずれている場合があり得る。こういった表示盤の数値と治療機本体との照合などについても、放射線治療の現場担当者は絶えずチェックしておく必要があろう。

2.3 原体照射法:Conformal RT

照射部位の確認、照合などに関しては、より一段高い精度が求められるようになった [4]。

2.5 定位放射線照射
narrow beamで線量を集中的に照射する方法で、技術的には以下の条件を満たすものである。すな
わ ち 、 (1)患者の固定が治療台の固定された座標系
において、照射中心を固定精度内に納めるシステ
ム で あ る こ と 、 (2)定位型の固定枠ないしそれに順ずる精度を有する補助具を用いること、(3)固定装置の照射中心の精度が1〜2mm以内、(4)治療中に上記の精度が保たれること、である。これらの技術は、対象が頭蓋内の小病変から、体幹部の小病巣に広げられてきており、体幹部に対するリニアックによる定位照射の臨床応用が、最近のこの領域における最大のトピックスの一つである。

1960 年 に 高 橋 に よ っ て 始 め ら れ た 原 体 照 射 法（当初の英訳はconformation radiotherapy）は、それ以前から研究が続けられていた回転横断撮影法から三次元的に展開した原体撮影法へと発展していった概念が放射線治療の分野に生かされ、運動2.6 呼吸同期および動態追跡照射照射への応用から原体照射法につながっていった[1]。この最初に行った「病巣に一致した高線量域定 位 照 射 に お い て 、 治 療中の病巣部の移動に伴を得ようとする試み」は、当初はテレコバルト装い ビ ー ム 出 力 の on/offを 繰 り 返 し て 照 射 す る 方 法
置による運動照射で行われていたが、その後、で、一例が呼吸同期システムである。具体的には、4MV〜 10MV Ｘ線のリニアック装置に受け継がれ、モニターで患者の呼吸位相を観察しながら、治療
これらのリニアック装置による固定多門照射や、病巣が目的とする位置にきたときにのみビームを不整形照射野、三次元的原体照射法など、さまざ曝射する方式である。これによって計画標的体積まな照射法に発展した。そこで森田により、これを小さくすることができ、肺癌などにおいて、組らを含む「複雑な病巣の広がりに、できるだけ一織耐容線量の上昇と局所制御率の向上が得られる致した高線量域を得る方法」の全てを、広義の原方法として開発され、臨床に応用されている。
[2]体照射法と呼ぶとする案が提案された 。
原体照射法の発展の歴史は、ガントリーの回転
2.7 照射野確認法
機構に可変絞りのコリメータが設置されたのに始当初、運動照射中の照射野の変化を確認する方
まり、その後、単分割絞りから多分割絞り法として、蛍光板・イメージインテンシファイア(multileaf collimator: MLC)に発展し、また、打ち抜き(I.I.)・ TVカ メラからなる照射野確認装置が開発さ照射法の応用にも発展した。しかしながらその制れ た が 、 6MVという高エネルギーＸ線を用いるこ御機構は、カム方式および荷重方式によるものでと等の理由で普及せず、替わりにシリコン検出器あり、アナログ方式の制御機構である。その後、を用いた照射野確認装置が、尾内らによって考案1970年 代 に な っ て 、 CT時代の幕開けと共にMLCもさ れ た [5] 。さらにこの方法は、タングステン酸カコンピュータ制御となり、絞り幅も回転中心で3cmから1cm、さらに0.5cmと次第に薄いものとなり、 ドミウムシンチレータ素子を検出器として用いた照合システムとして発展し、治療体位での照射野それだけ照射野の形状がより精細に調整できるよの照合がCT像との重ね合わせで、精度良く確認でうになったといえる [3]。
きるようになった。本法を開発した中川らによれ
2.4 non-coplanar Conformal RTと三次元原体
ば、検出器の配列を平面状にすれば、超高圧Ｘ線CTを得ることも可能であるという [6]。
照射（3D-CRT）
最近のリニアック装置には、ポータルイメージ
これまではリニアック線源の回転移動面と病巣ングシステムが装備されているのも少なくない。とが同一平面上であったのが（coplanar RT）、患いずれにしても、不整形照射野からなる治療ビー
者治療台をアイソセンターを中心に回転させて、ムの入射角度や門数が増えるに従い、実照射野の三次元的に照射する機構が開発された。この過程確認が容易にかつ確実に、しかもリアルタイム的に は 、 1968年 に Leksellに よ っ て 始 め ら れ た 、 ガ ンに得られる方法が確立してこそ、高精度の三次元
マ ナ イ フ の 登 場 が 大 き く 影 響 し て い る 。 1983年に
治 療 計 画 に お け る 品 質 保 証 (QA)、品質管理(QC)がは リ ニ ア ッ ク に お け る 定 位 照 射 が SMRT成り立つものと思われる [7]。
(stereotactic multiple arc radiotherapy) 法として導入され、臨床にも応用されるようになった。こ の non３．最新の放射線治療技術
coplanarな 原 体 照 射 法 の 導 入 に よ り 、 線 量 の 集 中
ここで、最近の放射線治療におけるいくつかの性がますます高まり、原体照射本来の目指す治療新技術を紹介したい。
技術となってきたが、患者整位や治療ビームでの3.1 cyber‑knife（サイバーナイフ）

４．リニアックの課題と将来

サイバーナイフとは、米国で開発された三次元照 射 装 置 で 、 小 型 で 軽 量 の 6MVリニアックを、6軸の自由度の高いロボットアームの先端に取り付
けて、Ｘ線のnarrow beamをnon-coplanarに照射することができる。治療計画時に作成した画像とリアルタイムに照合し、位置のずれを補正しながら照射することができるので、定位的照射に不可欠な患者固定に侵襲的な方法を用いなくても済むのが特徴である。ただし、ビームの安定性、照射部位の照合などについて、さらに検討を要するところがある。

現行のリニアックは、装置としての安全性、再現性については改善されたものの、QC、QAについては未だ問題なところがある。さらに、手術中に高エネルギー電子線を照射する装置の開発など、企業側には大変な負担であろうが、臨床側からは要 望 の高い機種の一つである。この他に、陽子線治療や重粒子線治療など、特殊な放射線治療機器があるが、今回のテーマから外れるので、別の機会にしたい。
いずれにしても、臨床の現場で感じることは、癌病巣に照射するのに、周辺機器類を含めて、治療機器の方に患部を合わせるというのではなく、患部の方に治療機器の方を合わせるという思想のもとで、治療用のリニアックを開発していただきたいと思う。

3.2 intensity modulated radiation therapy (IMRT)
強度変調放射線治療
従来の放射線治療は、照射野内の線量分布は均一であったのが、これをある計画の基で不均一にすることにより、ターゲットとなる病巣内の線量分布を最適にする方法が考案された。これが強度変 調 放 射 線 治 療 （ IMRT ） で 、 こ の 技 術 を 可 能 にし た の は 、 高 精 度 の MLCの導入と、コンピュータ最適化プログラムの改良である。
具体的には、照射野内のビーム強度を細かい区画毎に制御して、病巣すなわち臨床的標的体積(clinical target volume: CTV)に与える線量分布の最適化を図る方法であり、コンピュータ制御による多分 割 絞 り (MLC)と、逆問題解決法としてのinversedplanning法 に よ る 三 次 元 治 療 計 画 装 置 の シ ス テ ムが必須である。照射の実際には、ガントリーが固定 し て 、 MLCが dynamic modeで移動して照射する
sliding window法、照射野を重ね合わせするfield infield 法（step & shoot 法）、ガントリーが回転しながら照射するtomotherapy法などがある。IMRTの特徴は､治療域の形状がより病巣のそれに近似させることができるようになったことに加えて、病巣内での線量に重み付けが可能となったことである。これによって腫瘍制御に要する十分な線量の投与が可能となり、放射線感受性の差による空間的線量分布を変えられるようになったこと、決定臓器の線量軽減が得られるようになったこと、などが利点としてあげられる。

参考文献[1] Takahashi S. Conformation radiotherapy: Rotation
techniques as applied to radiography andradiotherapy of cancer. Acta Radiologica, Suppl. 242,
1965.
[2] 森 田 皓 三 ： 原 体 照 射 法 (conformal RT)とその発展.癌の臨床 40:33-46,1994.
[3] 田中良明：原体照射の治療計画.（分担）臨床放 射 線 科 の コ ツ と 落 と し 穴 ④ 治 療 (小塚隆弘編)，中山書店 pp 174-175,1999.
[4] 田 中 良 明 ： 放 射 線 治 療 の 新 た な 展 開 （ 緊 急 提言 ― 医 療 改 革 と 放 射 線 診 療 ） 新 医 療 28(10):7375,2001.
[3] 尾 内 能 夫 ほ か ： ２ 次 元 配 列 の シ リ コ ン 透 過 線量検出器を用いた外部放射線治療用照射部位確認システムの開発．放治システム研究
Suppl 5:108-111,1988.
[6] 中 川 恵 一 ほ か ： 超 高 圧 Ｘ 線 CTを用いた位置決めの照合法．日放腫会誌 4:249-258,1992.
[7] 田 中 良 明 ： 論 集 変革期の医療と機器・シス
テム―放射線治療機器―．月刊新医療別冊
デ ー タ ブ ッ ク ｢ 医 療 機 器 ･ シ ス テ ム 白 書 2002｣:
45-48,2002.